木材制浆

《非木材纤维乙醇法制浆原理与技术》旨在为读者提供一本乙醇制浆研究领域系统的专题研究框架。《非木材纤维乙醇法制浆原理与技术》可作为高等学校制浆造纸专业博士生、硕士生和本科生的参考书籍，也可作为其他专业的参考书。

将木材纤维解离成纸浆再抄造成纸的生产过程。

概况 造纸是中国古代四大发明之一。据《后汉书·蔡伦传》载,东汉时蔡伦发明用树皮、麻头、破布和旧鱼网造纸。三国时用帘床设备捞纸，改进了工艺技术。魏晋南北朝时，纸已代替帛、简，成为普遍使用的书写材料。以后造纸原料来源不断扩大,除原有的麻、楮外,桑皮、藤皮、檀皮、竹、麦秸和稻秆等也陆续开发利用，同时工艺技术进一步提高，如北魏《齐民要术》专门记载了用黄柏染纸的技术等。造纸技术在唐代逐渐传至国外。现代制浆造纸始于19世纪，以后传入中国。造纸原料由韧皮纤维扩大到草类，再发展为木材。木材制浆造纸发展很快。世界主要纸浆和纸生产国家有美国、加拿大、日本、苏联、中国、瑞典、芬兰、联邦德国等。纸和纸板总产量已超过 1亿吨。方法由原始的发酵法逐步发展为机械制浆、化学制浆(亚硫酸盐法和碱法)、半化学制浆、化学机械制浆等，并发明了长网造纸机、圆网造纸机和近代的夹网造纸机。

造纸原料和制浆方法 除木材外，凡富含纤维素、且其形态适于造纸的植物皆可用作造纸原料。常用的木材纤维原料有鱼鳞云杉、沙松云杉、臭冷杉、红松、落叶松、马尾松、杨树、桦树和椴树等;非木材纤维原料有竹类、草类(稻草、麦草、芦苇、蔗渣等)，韧皮纤维类(麻皮、桑皮、檀皮等)和棉花纤维类(棉短绒等)。木材纤维在世界造纸原料中占90%以上，在中国约占20%。木材制浆的基本过程可简示如下: 根据制浆方法的不同，木浆可分3类:

①机械浆(又称磨木浆)。主要包括磨石磨木浆、木片磨木浆和热磨木片磨木浆。磨石磨木浆(GP)分白色和褐色两种。白色磨木浆是原木直接在磨木机中磨碎所得色泽较白的纸浆，成纸吸墨性强、不透明度高、成本低，但纤维较短、强度较差、不宜长期保存，主要用于抄造新闻纸、印刷纸和纸板。褐色磨木浆是将原木汽蒸后磨浆所得，色较深,纤维较长,强度较好，主要用于生产纸板和包装纸。木片磨木浆 (RGP)是木片经水洗后在盘磨机中解离纤维并精磨而成，适用于各种针叶材木片。浆中长纤维组分较磨石磨木浆多，所以强度较大，滤水性好，不透明性和印刷性也好。缺点是电耗较高。热磨木片磨木浆 (TMP)是木片经短时间蒸气预处理后，在一定压力(温度)下，用盘磨机解离纤维所得。浆中含长纤维多，纤维束少,强度比木片磨木浆好,但白度较低。后两种浆主要用于抄造新闻纸、印刷纸、包装纸和纸板，生产电耗较高。

②半化学浆(SCP)和化学机械浆(CGP)。木片先经化学处理，再经机械磨碎制成，具有介于化学浆和机械浆之间的性质和得率。主要适用于阔叶材木片。化学处理方法有中性亚硫酸盐法、冷碱法、硫酸盐法、碱性亚硫酸盐法等。半化学浆和化学机械浆的区别仅在于化学处理程度的不同。后者的化学处理条件较缓和，机械作用较强烈，其性质比较接近于机械浆，常用于生产瓦楞纸板、包装纸、新闻纸，其漂白浆也可制书籍纸和印刷纸。磺化木片磨木浆是近几年来发展起来的化学机械浆，得率高、强度好、能耗低，可代替部分化学浆。

③化学浆(CP)。主要包括酸性亚硫酸盐浆(SP)和硫酸盐浆(KP)。前者是用亚硫酸氢盐(盐基为钙、镁、钠、铵)与游离二氧化硫在130~150℃下蒸煮所得的纸浆，色浅，易漂白，适于制造各种质量的纸张，特别是高级纸和人造丝。由于此法对原料要求高，强度较低，已逐渐被硫酸盐浆取代。硫酸盐浆又称牛皮纸浆，是木片用烧碱和硫化钠在160~170℃下蒸煮所得。强度比酸性亚硫酸盐浆高，对原料的适应性强，碱回收技术成熟，但色深，漂白性差，浆得率较低。主要用于纸袋纸、牛皮纸、纸板、电容器纸及其他工业用纸，漂白后也可用于各种文化用纸。预水解硫酸盐浆是木片在硫酸盐蒸煮前先经预水解，以降低原料中的半纤维素含量，提高成品浆的化学反应能力，从而制得α-纤维素含量高,易于化学加工的精制浆(又称溶解浆)，用于制造粘胶纤维、玻璃纸和其他纤维素衍生物。

纸和纸板的抄造 由木材原料制成的纸品可分为纸和纸板两大类。纸和纸板按米秤量 (克/米2)或厚度区分，一般米秤量在 225克/米2以上或厚度在0.1毫米以上的为纸板，小于上述标准的为纸，但也有例外，纸和纸板的种类已多达5000种以上。纸大体可分为文化用纸(如新闻纸、印刷纸等)，工、农业技术用纸(如电绝缘纸、卷烟纸等)，包装用纸(如纸袋纸、牛皮纸等)和生活用纸(如卫生纸等);纸板可分为包装用纸板(如箱板纸、瓦楞纸板等)，工业技术用纸板(如电绝缘纸板)，建筑用纸板，装饰和印刷(如字型纸板)用纸板等。

纸和纸板的抄造有湿法和干法两种。湿法以水为纤维悬浮的介质，干法以空气为介质。干法造纸只适用于抄造某些特殊纸(如烟嘴纸等)。湿法应用较广，其过程是纸浆经打浆、加填、施胶、净化、成型、脱水、压榨、干燥、压光、卷取等工序加工成纸或纸板。打浆可使纤维润胀、分丝、细纤维化，增加纤维表面积，从而增加纤维之间的结合与交织，增加纸页强度和匀度。有时还加入某些高分子有机助剂，如高分子聚合物、变性淀粉或羧甲基纤维素等，以提高纸张强度。纸料中加入填料可提高纸张的不透明度和平滑度。施胶可提高纸页的抗水性，多用松香或松香衍生物的皂化物作施胶剂。抄纸是将上述纸料用水稀释后在抄纸机上形成组织均匀的纸页的过程。

手工抄纸是中国古老的造纸技术，现只在制传统纸(如宣纸等)时继续沿用。原料(檀皮、桑皮、稻草等)经石灰沤制和日晒，再经舂料或碾料而成浆，用水稀释并使浆料悬浮，在纸槽中用竹帘捞造而成纸。

发展趋势 20世纪70年代以来，世界纸浆产量中化学浆约占70%，硫酸盐浆又占化学浆的85%左右。这种浆的优点是可使用各种材种(包括枝桠材,各种废材等)作原料，浆的强度高，又能回收药品和热量。中国造纸厂也多采用硫酸盐法。但此法得率低，投资费用高，且污染环境,因此正研究用碱-蒽醌法,多硫化钠法，氧-碱法等加以改进。亚硫酸盐法也在不断改进中。为改善高得率浆的质量,降低能耗,这些年发展了化学热磨机械浆(CTMP),并正在研究和发展压力磨石磨木浆(PGP)。中国为逐步增加木材原料比重，正大力发展速生树种(如杨树、桉树、湿地松、马尾松等)，重视采伐剩余物及加工废材的利用,发展林区木片生产。在产品结构上,则着重于提高强韧纸板、加工纸(如涂布纸)等的比重。

参考书目

R. D.Macdonald, J. N.Frankli,Pulp and Paper Manufacture,2nd ed.,McGraw-Hill,New York,1970.

James P.Casy,Pulp and Paper Chemistry and Chemical Technology,3rd ed.,John Wiley and Sons,New York,1980.

上篇

第一章绪论

第一节有机溶剂法制浆的历史与现状

一、有机溶剂法制浆的由来

二、用于制浆的主要有机溶剂

第二节几种接近工业生产的有机溶剂制浆方法

一、MD Organocell法

二、ASAM法

三、ACETOSOLV法

第三节Alcell法制浆

一、乙醇法制浆方法的比较

二、Alcell介绍

第四节纸浆漂白技术及其研究进展

一、含氯漂白及其存在问题

二、氧脱木素技术

三、全无氯漂白

四、新型漂白技术

第五节自催化乙醇浆的全无氯(TCF)漂白

第六节木素结构的研究进展

第七节课题来源与选题意义

一、课题来源

二、选题意义

第二章麦草自催化乙醇法制浆工艺及机理的研究

第一节实验方法

一、原料

二、蒸煮

三、纸浆洗涤

四、筛选

五、漂白

六、打浆

七、抄片

八、物理性能及黏度的测定

九、浆料的化学分析

十、KP法和烧碱AQ法蒸煮条件

十一、KP浆和烧碱-AQ法浆漂白条件

第二节结果与讨论

一、乙醇法制浆工艺条件初探

二、乙醇法制浆蒸煮反应历程

三、蒸煮过程中制浆选择性的变化

四、碳水化合物的溶出及纸浆得率

五、pH对蒸煮的影响

六、乙醇浆可漂性的研究

七、漂白乙醇浆的强度性质

第三节结论

第三章荻自催化乙醇法制浆工艺及机理的研究

第一节实验方法

一、原料

二、蒸煮

三、洗涤与筛选

四、浆料化学分析

五、反应机理研究方法

六、几个问题的说明

七、可漂性实验

八、成浆性能对比

第二节结果与讨论

一、获原料的分析结果与说明

二、蒸煮锅的改造与应用

三、洗涤方式与效果

四、工艺参数的确定与优化

五、反应历程的研究

六、反应动力学的研究

七、反应机理探讨

八、漂白性能对比

九、打浆性能的对比研究

十、成纸强度对比

十一、性能评价小结

第三节结论

第四章龙须草自催化乙醇法制浆工艺及机理的研究

第一节实验方法

一、原料

二、蒸煮

三、洗涤与筛选

四、分析

五、打浆

六、抄片及物理性能检测

第二节结果与讨论

一、龙须草原料分析

二、保温温度范围的探索

三、洗涤方式探讨

四、制浆工艺条件的探讨

五、龙须草自催化乙醇法制浆机理

六、乙醇浆的打浆性能及成纸强度

第三节结论

第五章龙须草自催化乙醇浆漂白工艺与机理的研究

第一节实验

一、设备、仪器及实验药品

二、实验方法

三、漂白机理探讨

第二节结果与讨论

一、未漂浆的性质

二、漂白工艺

三、漂白机理研究

第三节结论

参考文献

下篇

第一章绪论

第一节自催化乙醇法制浆研究进展

一、乙醇法制浆的分类及基本原理

二、自催化乙醇法制浆工艺研究进展

三、乙醇法制浆的其他特点及乙醇浆的特性

四、自催化乙醇法蒸煮工艺历程及动力学研究进展

五、麦草木素特性及自催化乙醇法制浆机理研究进展

第二节XPs在纤维表面化学分析方面的应用

一、XPS的工作原理

二、XPS在纸浆纤维表面木素分析中的应用

三、XPS在纸浆及纸张其他表面性质分析中的应用

第三节AFM在纤维表面形貌学特征研究中的应用

一、AFM的工作原理

二、AFM在纸浆及纸张其他表面性质分析中的应用

第四节本篇研究的主要内容、目的和意义

第二章快速冷却自催化乙醇法制浆木素沉淀现象与机理的研究

第一节实验部分

一、实验原材料

二、蒸煮和洗涤

三、吸附实验

四、乙醇水溶液中木素的溶解性能测定

五、乙醇浆纤维形貌学特征观察

六、乙醇浆纤维表面化学分析

第二节结果与讨论

一、快速冷却乙醇法蒸煮和洗涤过程中木紊沉淀现象的研究

二、乙醇木素在乙醇水溶液中溶解度的研究

三、快速冷却乙醇法制浆过程中木素沉淀机理的研究

第三节小结

第三章快速冷却法自催化乙醇浆纤维残余木素的碱脱除

第一节实验部分

一、乙醇法制浆和纸浆洗涤

二、1%氢氧化钠抽提

三、纸浆指标

四、SEM分析

五、AFM分析

六、XPS分析

七、内结合强度分析

第二节结果与讨论

一、乙醇浆纤维表面残余木素

二、碱抽提脱除纤维表面木素的化学法研究

三、碱抽提过程中纤维表面形貌学特征的AFM分析

四、XPS研究碱抽提对纤维表面木素的影响

五、碱抽提对纤维间结合力的影响

第三节小结

第四章热置换乙醇浆洗涤工艺

第一节实验部分

一、实验原料

二、仪器及设备

三、实验方法

第二节结果与讨论

一、蒸煮工艺的优化

二、麦草乙醇法热置换洗涤工艺研究

三、热置换洗涤与快速冷却洗涤的比较

四、乙醇麦草浆卡伯值高的原因分析

第三节小结

第五章热置换洗涤乙醇麦草浆性能评价

第一节实验部分

一、实验原料

二、实验原理及方法

第二节结果与讨论

一、筛分各组分卡伯值的研究

二、筛分各组分的纸浆强度研究

三、筛分各组分的纤维形态研究

四、乙醇麦草浆纤维强度性能评价

五、乙醇浆氧脱木素的研究

第三节小结

第六章热置换乙醇法制浆蒸煮历程及脱木素机理研究

第一节实验部分

一、原料

二、设备、仪器

三、实验药品

四、实验方法

第二节结果与讨论

一、热置换洗涤各因素对聚戊糖及木素含量的影响

二、热置换麦草乙醇法制浆蒸煮历程的研究

三、热置换麦草乙醇法制浆脱木素机理的研究

四、溶出木素结构的研究

第三节小结

第七章总结

一、快速冷却法乙醇浆木素吸附/沉积现象及机理

二、乙醇浆碱抽提适应性研究

三、热置换乙醇法制浆洗涤工艺研究

四、热置换乙醇麦草浆评价

五、热置换乙醇法制浆蒸煮历程的研究

六、热置换乙醇法制浆脱木素机理研究

参考文献